垂直轴风力发电机的建模与变桨距研究.pdf

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1、垂直轴风力发电机的建模与变桨距研究郑旭阳。等垂直轴风力发电机的建模与变桨距研究ModelingofVerticalAxisWindTurbineandResearchontheVariablePitch那越阳办志旌纠主群饧圈韬(太原科技大学电子信息工程学院，山西太原030024)摘要：定桨距垂直轴风力发电机存在启动转矩小和输出效率低的缺点。为了改善垂直轴风电机组的输出特性，在静止和旋转状态下，对6叶片H型垂直轴风力发电机的风轮的受力情况进行了分析。首先建立了H型垂直轴风力机模型，然后对单个叶片变桨距与定桨距下的受力进行了分析．进而对6叶片风力机受力进

2、行了分析。理论分析和仿真结果表明，叶片通过采取变桨距控制，不但有效地改善了H型垂直轴风力机的启动性能，并且减小了输出振动。因此，所提出的变桨距控制方法是可行的。关键词：发电机受力分析建模仿真变桨距Matlab中图分类号：TK89文献标志码：AAbstract：Thefixedpitchverticalaxiswindturbine(VAwT)featuresdisadvantagesoflowstartuptorqueandinefficientoutput，inordertoimprovetheoutputcharacteristicsofVAWT

3、。theforcedconditionaboutsix—bladeH—typeVAWrisanalyzedunderstationaryandtherotatingstates．Firstly。themodelofH—typeVAWTisestablished。thentheforcedconditionsofsinglebladeunderfixedpitchandvariablepitchareanalyzed，thustheforcedconditionofsix—bladewindturbineisanalyzed．Thetheoretica

4、lanalysisandsimulationresultindicatethatthroughvariablepitchcontrol-thestartupperformanceoftheH·typeVAWTiseffectivelyimproved，inaddition，theoutputvibrationisdecreased，thusthevariablepitchcontrolmethodproposedisfeasible．Keywords：GeneratorAnalysisofforcedconditionModelingsimulati

5、onVariablepitchMatlab0引言近年来，垂直轴风力发电机以其安装成本低、维修方便、不需要偏航装置以及易于与建筑集成等优点，越来越受到国内外专家的青睐与关注。垂直轴风力发电机是指风轮旋转轴与地面垂直的发电机．可分为阻力型(S型)和升力型(Darrieus型)两类，其中，Darrieus型垂直轴分风力发电机又分为中型、H型、V型、菱型等类型⋯。目前，垂直轴风力发电系统大多采用定桨距的结构，导致系统启动性能差、风能利用系数较低，阻碍了垂直轴风力发电系统的发展。本文将变桨距控制技术应用于垂直轴风力发电系统，以提高其自启动能力和风能利用系数，进

6、而促进垂直轴风力发电系统的发展。中型风轮由于采用Troposkien曲线叶片，不便进行变桨距研究。下文重点对H型垂直轴风力发电机的变桨距进行研究。山西省青年科研基金资助项目(编号：20090210142)；山西省高等学校科研开发基金资助项目(编号：2010016)；太原科技大学博士基金资助项目(编号：20122018)。修改稿收到日期：2012一lO—09。第一作者郑旭阳(1987一)，女．现为太原科技大学电控制理论与控制工程专业在读硕士研究生：主要从事新能源、风力发电技术的研究。1垂直轴风力发电机的受力分析风轮的受力分析决定了H型垂直轴风力发电机模

7、型的建立以及桨距角的变化．因此，本文首先对H型垂直轴风力发电机的6个叶片及整个风轮的受力情况进行了分析。1．1风轮不变桨时的受力分析假定叶片1所处的位置为方位角90。，叶片受力分析如图1所示。叶叶片4图1垂直轴风力机风轮示意图Fig．1SchematicdiagramofbladesofVAWr当风轮静止时，相当于切向速度K=0，这时相对风速形与来流风速y一致，叶片1、叶片4只受轴向力，不受使风轮旋转的切向力；其余4个叶片均产生转52PROCESSAUTOMATIONINSTRUMENTATIONVoL34No．9September2013垂直轴风力

8、发电机的建模与变桨距研究郑旭阳。等矩力，但是很小。此时叶片的攻角很大，甚至大于失速攻角，使得风力机的启动转矩